Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - Chương 1: Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK - Phạm Khắc Liệu

Học phần KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI (MTR4032) – 02 tín chỉ GV Phụ trách PHẠM KHẮC LIỆU pklieu@yahoo.com Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-2 Nội dung Chương 1. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1.1. Các nguồn thải gây ÔNKK 1.2. Các tác nhân gây ÔNKK 1.3. Tiêu chuẩn chất lượng không khí 1.4. Kiểm soát ÔNKK Chương 2. CƠ SỞ HÓA-LÝ CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BỤI VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ 2.1. Xử lý bụi 2.2. Xử lý các chất ô nhiễm dạng khí Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-3 Nội dung Chương 3. KỸ THUẬT XỬ LÝ BỤI 3.1. Đại cương 3.2. Buồng lắng trọng lực 3.3. Thiết bị tách bụi ly tâm 3.4. Thiết bị túi lọc 3.5. Thiết bị tách bụi tĩnh điện 3.6. Thiết bị rửa ướt 3.7. So sánh và lựa chọn thiết bị xử lý Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-4 Nội dung Chương 4. KỸ THUẬT XỬ LÝ CÁC CHẤT Ô NHIỄM DẠNG KHÍ VÀ HƠI 4.1. Đại cương 4.2. Xử lý lưu huỳnh dioxit (SO2) 4.3. Xử lý các nitơ oxit (NOx) 4.4. Xử lý các chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) 4.5. Xử lý một số khí ô nhiễm khác Chương 5. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ MỘT SỐ LOẠI KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP - Ví dụ khi ́ thải nhiệt điện - Seminar Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-5 Đánh gia ́ học phần Điểm quá trình học tập: 50%  Kiểm tra nhanh: 10%  Kiểm tra giữa ky ̀: 20%  Bài tập nhóm: 20% Điểm thi kết thúc học phần: 50% Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-6 Tài liệu học tập  Bài giảng (slides)  Tài liệu tham khảo  C.C. Lee and Shun Dar Lin. Handbook of Environmental Engineering Calculations. McGraw Hill, 2000.  Trần Ngọc Chấn. Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải. Tập 2. Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2001.  Trần Ngọc Chấn. Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải. Tập 3. Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2001.  Karl B. Schnelle and Charles A. Brown. Air pollution control technology handbook. CRC Presss LLC, 2002 (Một số chương chọn lọc)  Tài liệu khác. Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-1 1.1. Nguồn thải gây ÔNKK 1.1.1. Các loại nguồn Theo nguồn gốc phát sinh  Nguồn tự nhiên  Núi lửa phun  Cháy rừng  Bão bụi/cát  Phân hủy xác sinh vật  Phản ứng giữa các khí trong tự nhiên  Nguồn nhân tạo  Công nghiệp  Giao thông vận tải  Nông nghiệp  Sinh hoạt Theo tính chất  Nguồn cố định - ống khói nhà máy  Nguồn di động - ống xả phương tiện giao thông Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-2 1.1.2. Đánh giá nguồn thải  Quan trắc trực tiếp  Đo đạc, lấy mẫu-phân tích trực tiếp  Phản ánh sát thực tế  Độ chính xác cao  Tốn kém nếu số luợng yêu cầu lớn  Đánh giá nhanh (học phần riêng)  Công suất nguồn thải  hệ số phát thải  Mô hình hóa  Sử dụng các mô hình toán, phần mềm mô phỏng các nguồn thải và tính toán tải lượng thải (ví dụ: MOVES)  Chỉ mô phỏng gần đúng sự phát tán chất ô nhiễm từ nguồn thải, cần phải có kiểm định trong thực tế. Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Lưu lượng khí thải • Đo tốc độ v • Tính Q = v  A Bụi, CO, SO2, NOx • Hút mẫu khí thải về PTN phân tích • Đo nồng độ tại chỗ Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-4  Ví dụ phương pháp đánh giá nhanh (WHO, 1993) Loại nhiên liệu Đơn vị (U) Bụi (kg/U) SO2 (kg/U) NOx (kg/U) CO (kg/U) VOC (kg/U) Khí tự nhiên tấn 0,287 20S 8,91 2,36 0,863 Dầu DFO tấn 0,710 20S 9,62 2,19 0,791 Than anthracite tấn 5A 19,5S 9,0 0,3 0,055 A: độ tro của than (%); S: hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu (%) Vd: - Than Quảng Ninh: A = 22%; S = 0,5%, C = 62,8% - Dầu DFO: A = 0,1%; S = 3%; C = 85% Bảng Hệ số phát thải nhà máy nhiệt điện (khí thải chưa xử lý) Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-5 Bảng Hệ số phát thải động cơ ô tô, xe máy (chưa qua bộ xử lý) Loại phương tiện Đơn vị (U) Bụi (kg/U) SO2 (kg/U) NOx (kg/U) CO (kg/U) VOC (kg/U) Ô tô chở người Động cơ < 1400 cc (xe sản xuất trong thời gian 1985-1992; chạy trong thành phố) tấn nhiên liệu 0,80 20S 15,13 118,0 14,83 1000 km 0,07 1,74S 1,31 10,24 1,29 Xe máy động cơ 2 kỳ; <50 cc tấn nhiên liệu 6,7 20S 2,8 550 330 động cơ 2 kỳ; >50 cc tấn nhiên liệu 4 20S 27 730 500 động cơ 4 kỳ; >50 cc tấn nhiên liệu - 20S 8,0 525 80 Nguồn: WHO, 1993 Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-6 1.2. Các tác nhân ÔNKK 1.2.1. Khái quát  Theo dạng tồn tại  Tác nhân dạng khí (các chất khí, hơi)  Tác nhân dạng hạt - các sol khí hay aerosol (bụi, khói, sương, mù,) Bụi: các hạt rắn trong không khí (PM: Particulate Matters) • bụi lơ lửng (kích thước < 10 mm) • bụi lắng được (kích thước > 10 mm)  Theo phương thức đi vào không khí:  Tác nhân ô nhiễm sơ cấp: trực tiếp từ nguồn thải, ví dụ PM, SO2, CO, NOx, HC  Tác nhân ô nhiễm thứ cấp: do phản ứng trong khí quyển tạo thành, ví dụ: SO3, O3, PAN, Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-7  Kích thước hạt các loại sol khí Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-8 Nguồn: Karl B. Schnelle and Charles A. Brown, 2002 Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-9 Nồng độ chất ÔN trong không khí: mg/m3 và ppm(v)  Ở 0oC, 1 atm: (MW: khối lượng phân tử chất ÔN)  Ở T(K) và P (atm):  Ở 20oC (293 K) và 1 atm:  Ví dụ: Với khí CO2 (MW = 44), ở 20 oC và 1 atm: 1 ppm(v) = 44/24,04 = 1,83 mg/m3 3mg/m 273 4,22 ppm(v) 1 P T MW  3mg/m 04,24 ppm(v) 1 MW  3mg/m 4,22 ppm(v) 1 MW  từ đâu có? Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-10 1.2.2. Các tác nhân ô nhiễm không khí chủ yếu  6 tác nhân chính quy định trong tiêu chuẩn CLKK xung quanh (criteria air pollutants):  Carbon monoxide (CO)  Nitrogen dioxide (NO2)  Ozone (O3)  Sulfur dioxide (SO2)  Bụi (TSP, PM10, PM2.5)  Chì (Pb)  Một số tác nhân phổ biến khác:  Các chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), chủ yếu hydrocarbon  Ammonia (NH3) , H2S, Cl2, Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-11 Tác nhân Nguồn phát sinh Cơ chế phát sinh SO2 • Khí thải lò đốt than, dầu, khí; • CN sản xuất H2SO4 • Phản ứng cháy của S trong nhiên liệu • Sản phẩm trung gian NOx • Khí xả động cơ ô tô, xe máy; • Khí thải nhà máy nhiệt điện; • CN phân bón, sản xuất HNO3 • Phản ứng của N2 và O2 trong không khí ở nhiệt độ cao • Sán phẩm trung gian CO • Khí xả động cơ ô tô, xe máy; khói lò đốt than; khí thải CN • Phản ứng cháy của C và các chất hữu cơ trong điều kiện thiếu O2 Hydrocarbon • Dây chuyền sản xuất (khai thác chế biến dầu mỏ, sơn,) • Khí xả động cơ ô tô, xe máy • Bay hơi, thất thoát dung môi hữu cơ • Đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu O3 • Phản ứng trong khí quyển • Phản ứng tạo sương khói quang hóa Bụi • Khí thải nhà máy điện, xe cộ, • Quá trình cơ học trong sản xuất • Sản phẩm thứ cấp • Phản ứng cháy nhiên liệu (rắn, lỏng) • Phân chia nhỏ vật chất rắn • Phản ứng tạo sol sulfat  Nguồn và cơ chế phát sinh một số tác nhân ÔNKK chủ yếu  EPA còn quy định danh mục 188 chất ÔNKK nguy hại (HAPs) Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-12 CO NOx SO2 VOCs PM1 0 Nguồn phát sinh một số chất ÔNKK ở Mỹ năm 1997 Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-13 Phát thải các tác nhân ÔNKK từ quá trình đốt các nhiên liệu khác nhau Nguồn: Richard W. Boubel, Fundamental of Air Pollution, 1994) Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-14 1.3. Các tiêu chuẩn chất lượng không khí 1.3.1. Tiêu chuẩn chất lựợng không khí xung quanh  Quy định giới hạn nồng độ các chất trong không khí xung quanh.  WHO: chỉ dẫn về CLKK xung quanh  Ở Hoa Kỳ: EPA phân biệt 2 loại: • TC loại một (primary standard)  bảo vê ̣ sức khỏe con người • TC loại 2 (secondary standard)  ngăn ngừa sự pha ́ hủy môi trường, tài sản  Ở Việt Nam: 1. QCVN 05:2013/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh (phiên bản trước QCVN 05:2009) 2. QCVN 06:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về một số chất độc hại trong không khí xung Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-15 National Ambient Air Quality Standards ( Pollutant Primary/ Secondary Averaging Time Level Form Carbon Monoxide primary 8-hour 9 ppm Not to be exceeded more than once per year1-hour 35 ppm Lead primary and secondary Rolling 3 month average 0.15 μg/m3 Not to be exceeded Nitrogen Dioxide primary 1-hour 100 ppb 98th percentile, averaged over 3 years primary and secondary Annual 53 ppb Annual Mean Ozone primary and secondary 8-hour 0.075 ppm Annual fourth-highest daily maximum 8-hr concentration, averaged over 3 years Particle Pollution PM2.5 primary Annual 12 μg/m3 annual mean, averaged over 3 years secondary Annual 15 μg/m3 annual mean, averaged over 3 years primary and secondary 24-hour 35 μg/m3 98th percentile, averaged over 3 years PM10 primary and secondary 24-hour 150 μg/m3 Not to be exceeded more than once per year on average over 3 years Sulfur Dioxide primary 1-hour 75 ppb 99th percentile of 1-hour daily maximum concentrations, averaged over 3 years secondary 3-hour 0.5 ppm Not to be exceeded more than once per year Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-16 Bảng. Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh (theo QCVN 05:2013/BTNMT) Đơn vị: mg/m3 TT Thông số Trung bình 1 giờ Trung bình 8 giờ Trung bình 24 giờ Trung bình năm 1 SO2 350 - 125 50 2 CO 30.000 10.000 - - 3 NO2 200 - 100 40 4 O3 200 120 - - 5 Tổng bụi lơ lửng (TSP) 300 - 200 100 6 Bụi PM10 - - 150 50 7 Bụi PM2,5 - - 50 25 8 Pb - - 1,5 0,5 Ghi chú: dấu ( - ) là không quy định *So với QCVN 05:2009 có bổ sung thông số bụi PM2.5 và điều chỉnh ở các thông sốTSP, CO, O3 Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-17 1.3.2. Các tiêu chuẩn phát thải Một số tiêu chuẩn phát thải VN  Nguồn tĩnh  QCVN 02:2008/BTNMT - khi ́ thải lò đốt CTR y tê ́  QCVN 19:2009/BTNMT - khi ́ thải công nghiệp (bụi &các chất vô cơ)  QCVN 20:2009/BTNMT - khi ́ thải công nghiệp (một số chất hữu cơ)  QCVN 21:2009/BTNMT - khi ́ thải công nghiệp sản xuất phân bón  QCVN 22:2009/BTNMT - khi ́ thải công nghiệp nhiệt điện  QCVN 23:2009/BTNMT - khi ́ thải lò đốt CTR công nghiệp  QCVN 34:2010/BTNMT - khi ́ thải công nghiệp lọc hóa dầu  QCVN 51:2013/BTNMT - khi ́ thải sản xuất thép  Nguồn di động  QCVN 04:2009/BGTVT - khi ́ thải xe mô tô, xe gắn máy sản xuất, lắp ráp va ̀ nhập khẩu mới.  QCVN 05:2009/BGTVT - khi ́ thải xe ô tô sản xuất, lắp ráp va ̀ nhập khẩu mới. Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-18 1.4. Kiểm soát ô nhiễm không khí 1.4.1. Giảm phát thải tại nguồn  Thay đổi nhiên liệu sử dụng  nhiên liệu nhiều tạp chất sang nhiên liệu ít tạp chất hơn  Làm sạch nhiên liệu trước khi sử dụng  Cải tiến quá trình đốt cháy  Cải tiến động cơ, lò đốt  Tuần hoàn khí thải động cơ  Thay đổi công nghệ  Sử dụng công nghệ tiên tiến ít tiêu thụ năng lượng, ít phát thải khí Ví dụ: kiểm soát phát thải NOx từ quá trình đốt nhiên liệu Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK  Ví dụ hiệu quả giảm NOx khi tuần hoàn khí thải Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-19 Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK Bài giảng Kỹ thuật xử lý khí thải - GV: Phạm Khắc Liệu 1-20 1.4.2. Xử lý khí thải  Hệ thống xử lý cho nhà máy, bộ xử lý khí thải động cơ  Quá trình và thiết bị xử lý  Xử lý bụi • Buồng lắng bụi (Gravity settling chamber) • Tách bụi ly tâm (Cyclone) • Lọc bụi (Filter) • Rửa khí (Liquid scrubbing) • Lọc tĩnh điện (Electrostatic precipitation)  Xử lý khí và hơi • Hấp thụ (Absorption) • Hấp phụ (Adsorption) • Đốt (Combustion) • Oxy hóa xúc tác (Catalytic oxidation) Chương 1. Tổng quan về ÔNKK và KSÔNKK